(57)【要約】【課題】  庇状の断面形状を有するように開口された２層レジスト構造を化合物半導体表面に作成し、導電層を形成する方法において、従来よりも微細加工精度を向上させる方法を提供すること。【解決手段】  本方法は、半導体表面に下位のレジスト層２１０を形成する工程と、下位のレジスト層に水溶性樹脂層２１２を形成する工程と、下位のレジスト層上及び水溶性樹脂層の間に有機不溶性の架橋層２１１が形成されるように、熱処理を行う熱処理工程と、感光剤を含むレジストを塗布し、架橋層に上位のレジスト層２１４を形成する工程と、上位及び下位のレジスト層に、露光光線を照射する工程と、上位のレジスト層及び架橋層の一部を現像液で除去し、上位開口を形成する工程と、下位のレジスト層の一部を現像液で除去し、上位開口より広い下位開口を形成する工程と、上位及び下位開口を通じて化合物半導体表面に導電層３０２を設ける工程とを有する方法である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体表面に下位のレジスト層を形成する工程と、
前記下位のレジスト層上に水溶性樹脂層を形成する工程と、
前記下位のレジスト層及び前記水溶性樹脂層の間に有機不溶性の架橋層が形成されるように、熱処理を行う熱処理工程と、
感光剤を含むレジストを塗布し、前記架橋層上に上位のレジスト層を形成する工程と、
前記上位及び下位のレジスト層に、フォトマスクを通過した光線を照射する工程と、
前記上位のレジスト層及び前記架橋層の一部を現像液で除去し、上位開口を形成する第１除去工程と、
前記下位のレジスト層の一部を現像液で除去し、前記上位開口より広い下位開口を形成する第２除去工程と、
前記上位及び下位開口を通じて、前記半導体表面上に導電層を設ける工程と、
を有することを特徴とする導電層を形成する方法。
【請求項２】
前記上位及び下位のレジスト層の双方又は一方に含まれる感光剤が、ｉ線に感光する感光剤である
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記下位のレジスト層が、ノボラック樹脂、クレゾール樹脂及びポリビニルフェノールの少なくとも１つより成る
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記水溶性樹脂層が、ポリビニルアルコールより成る
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記下位のレジスト層が感光剤を含み、前記熱処理工程の後に感光性が弱められるように熱処理が行われる
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記上位のレジスト層を形成する工程で、前記架橋層の架橋に寄与していない前記水溶性樹脂層の部分が、前記レジスト中の有機溶媒又は単独の有機溶剤により除去される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記上位のレジスト層を形成する工程で塗布されるレジストに含まれる溶媒又は請求項６記載の単独の有機溶剤は、前記架橋層に対して、請求項１記載の熱処理における温度が、低温よりも高温で、より小さな溶解性を示す
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項８】
前記レジストに含まれる溶媒又は請求項６記載の単独の有機溶剤は、前記架橋層の架橋に寄与していない水溶性樹脂層の部分に対して、請求項１記載の熱処理における温度が、低温よりも高温で、より大きな溶解性を示す
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項９】
前記上位のレジスト層を形成する工程で、上位レジスト層形成前に、前記架橋層の架橋に寄与していない前記水溶性樹脂層の部分が、水により除去される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記第２除去工程で、前記下位のレジスト層を現像液に浸す時間を調整することで、前記下位開口の大きさが調整される
ことを特徴とする請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に半導体装置の製造方法に関し、特に化合物半導体表面に導電層を形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の技術分野では、回路面積の縮小化や高性能化等の要請により、素子の微細化、特に電極や配線の微細化が急速に進んでいる。電極や配線を形成する導電層は、様々な手法で形成されるが、特に、化合物半導体表面に設けられる場合は、リフトオフ法と呼ばれる方法で形成されることが多い。これは、化合物半導体がエッチングやミリング等の化学的及び物理的損傷に弱い性質を有するため、リフトオフ法を利用すると成膜する層の下地に与える影響が少なくて済むからである。
【０００３】
図１は、半導体基板１又は半導体表面にリフトオフ法で導電層２を形成する際の様子を示す。図示されているように、半導体基板上に感度の異なる２つのレジスト層３，４が積層され、庇状の断面形状を有するように上下のレジスト層に開口が形成される。この開口を通じて導電層が半導体基板に設けられる。
【０００４】
従来のリフトオフ法では、ｇ線に感光し且つ、感度の異なる２種類のレジスト層が用意され、高感度のレジスト層３の上に低感度のレジスト層４が積層される。素子の加工精度は露光波長および積層可能な少なくとも２種類のレジストの感度差に依存するので、この系を用いる場合は、導電層のピッチが２μｍ程度に、開口の寸法も２μｍ程度に制約される。しかしながら、現在及び将来的な素子の寸法は、更なる微細化を必要とする。このため、ｇ線よりも短波長のｉ線（紫外線）を利用する微細加工技術も検討されている。この種の技術については、例えば、特許文献１，２に記載されている。
【特許文献１】特開平６−５６３１号公報
【特許文献２】特開平８−２７２１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ｉ線に感光する感光剤を含むレジストの溶媒は、ｇ線のそれよりも種類が少なく、感度が異なっても溶媒は比較的類似している。従って、ｉ線に感光する感度の異なる２種類のレジスト層を直接的に積層することは困難である。半導体表面に塗布した下位のレジスト層上に、上位のレジスト層用のレジストを塗布すると、下位のレジスト層がそのレジストの溶媒に溶けてしまうからである。
【０００６】
この点に関し、特許文献１記載発明は、ｉ線用のレジスト層上にｇ線用のレジスト層を設け、更に両層の間にアルカリ現像液に可溶な中間層を設け、上下のレジスト層の間にミキシング層が形成されないようにしている。しかしながら、そのような中間層を設けることは困難であり、たとえ設けることができたとしても、上位のレジスト層を現像した際に中間層が速やかに溶解し、上下のレジスト層が解離してしまうことが懸念される。また、上位のレジスト層にｇ線に対して感度を有するレジストを採用する限り、解像度の向上は見込めず、よって半導体装置の更なる微細化が困難である。この点で、任意のｉ線レジストを少なくとも上位のレジストとして用いる本発明は、半導体装置の微細化に大きく寄与する。
【０００７】
特許文献２記載発明は、下位および上位レジスト間に相溶性を阻害する溶解阻止層を設けずに２種類のレジストを積層している。このような手法が採用できるのは、下位レジストに相当する部分に環化ゴム系樹脂を用いる場合に限定され、下位レジストおよび上位レジストに非ゴム系樹脂を用いた場合は積層構造の形成が極めて困難であることは、発明者の詳細な検討から明らかである。本発明による、レジスト積層手法および積層レジスト構造を用いることにより、多くの汎用レジストを用いた微細化プロセスが可能になる。
【０００８】
別の従来法では、半導体基板にポリメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ：Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ  Ｇｌｕｔａｒａｌ  Ｉｍｉｄｏ）の下地層が形成され、下地層上にレジスト層が形成される。ここで使用されるレジストは、一般に、溶媒（例えば、有機溶媒）と、樹脂（例えば、ノボラック系の樹脂）と、感光剤（例えば、電子線、ｇ線、ｉ線等に感光する感光剤）とを含む。電子線又はｉ線がレジストに照射され、現像が行われることでその一部が適切に除去され、開口が形成される。ＰＭＧＩはアルカリ溶液に溶解する性質を有するので、アルカリ溶液である現像液によってエッチングされ、下地層の一部が適切に除去される。このようにして庇状のレジスト構造を形成することができる。ところが、ＰＭＧＩ、はシリコン（Ｓｉ）との密着性に優れているが、Ｓｉを主成分としない化合物半導体表面との密着性は強固ではない。化合物半導体は、一般に、ガリウム（Ｇａ）、砒素（Ａｓ）、インジウム（Ｉｎ）及び／又はアルミニウム（Ａｌ）等より成る。密着性はそれらの間に働く分子間力に依存し、ＳｉとＰＭＧＩ間の分子間力は強いが、化合物半導体及びＰＭＧＩ間の分子間力は弱い。従って、この手法を用いて化合物半導体表面に導電膜を微細に形成することは困難である。
【０００９】
なお、微細化の観点からは、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）やフッ化クリプトン（ＫｒＦ）等を用いを用いて、シリコンを主成分とする半導体基板と同様に、化合物半導体基板に微細加工を行うことも考えられる。しかしながら、この場合も、フッ化アルゴン（ＡｒＦ）やフッ化クリプトン（ＫｒＦ）等を用いる露光に適用可能なレジスト樹脂と化合物半導体との密着性は、分子間力の観点から強固なものではない。更に、そのような手法では装置構成及びプロセス制御が複雑で高価になるので、Ｓｉを主成分とする半導体のような量産品には有用であるが、化合物半導体のような少量多品種の製品用途に有用であるとは言えない。
【００１０】
本発明は、上記の問題点の１以上に対処するためになされたものであり、その課題は、庇状の断面形状を有するように開口された少なくとも２層からなる多層レジスト構造を化合物半導体表面に作製し、化合物半導体表面に導電層を形成する方法において、従来よりも微細加工精度を向上させる方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による方法は、
半導体表面上に下位のレジスト層を形成する工程と、
前記下位のレジスト層上に水溶性樹脂層を形成する工程と、
前記下位のレジスト層及び前記水溶性樹脂層の間に有機不溶性の架橋層が形成されるように、熱処理を行う熱処理工程と、
感光剤を含むレジストを塗布し、前記架橋層上に上位のレジスト層を形成する工程と、
前記上位及び下位のレジスト層に、フォトマスクを通過した光線を照射する工程と、
前記上位のレジスト層及び前記架橋層の一部を現像液で除去し、上位開口を形成する第１除去工程と、
前記下位のレジスト層の一部を現像液で除去し、前記上位開口より広い下位開口を形成する第２除去工程と、
前記上位及び下位開口を通じて前記半導体表面に導電層を設ける工程と、
を有する導電層を形成する方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、庇状の断面形状を有するように開口された少なくとも２層からなる多層レジスト構造を化合物半導体表面に作製し、導電層を形成する方法において、従来よりも微細加工精度を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の一態様によれば、前記下位のレジスト層上に水溶性樹脂層が形成され、熱処理が行われることで、下位のレジスト層及び水溶性樹脂層の間に有機不溶性の架橋層が形成される。これにより、上位及び下位のレジスト層が不都合に混合したり解離したりすることを効果的に防止することができる。したがって、任意のｉ線レジストを上位側に設けることができ、従来よりも微細なパターニングを行うことができる。水溶性樹脂を加熱して形成された架橋層は、現像液に溶ける性質を有するので、架橋層は、レジスト層を現像する際に適切に除去できる。なお、ここで言う「架橋層」とは、２種類のレジストおよび水溶性樹脂を構成する分子が互いに結合した状態のみならず、交互に混ざり合うことで、溶解性が変化する状態をも含む。
【００１４】
本発明の一態様によれば、下位のレジスト層は、ＰＭＧＩのような化合物半導体表面に密着しにくい材料層にする必要がないので、下位のレジスト層を化合物半導体に有利な材料にすることができる。このため、下位のレジスト層は、ノボラック樹脂、クレゾール樹脂及びポリビニルフェノールの少なくとも１つから構成されてもよく、これらの樹脂は、化合物半導体と特に優れた密着性を示す。
【００１５】
本発明の一態様によれば、前記下位のレジスト層が、感光剤を含まない。例えば、下位のレジスト層全体が現像液によりエッチングできるならば、感光性を利用しなくても、下位のレジスト層に開口を形成することができる。従って、下位のレジスト層として、当初から感光剤を含まないものが使用されてもよい。或いは、下位のレジスト層が感光剤を含むが、下位レジスト塗布工程の後に感光性が弱められるように熱処理が行われてもよい。従って、下位のレジスト層に対する選択肢を広げることができる。
【００１６】
本発明の一態様によれば、水溶性樹脂層が、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）より成る。これにより、下位のレジスト層と良好な架橋層を簡易に作製することができる。
【００１７】
本発明の一態様によれば、前記上位のレジスト層が、前記下位のレジスト層の感光性とは異なる感光性を有する。例えば、上位にポジ型を採用し、下位にネガ型を採用することができる。ポジ型では、露光された部分が現像後に除去されるので、開口される領域に露光光線が照射される。ネガ型では露光された部分は現像後に残るのが本来であるが、この感光性が熱処理で弱められると、露光されたか否かによらず、総ての部分が現像後に除去されるようにすることができる。現像後の上位の開口を通じて、下位のレジストを現像液でエッチング又は現像することで、下位のレジスト層に所望の開口を形成することができる。
【００１８】
本発明の一態様によれば、前記上位のレジスト層を形成する工程で、前記下位のレジスト層との架橋に寄与していない前記水溶性樹脂層の部分が、前記レジスト中の有機溶媒、有機溶剤又は水により除去される。架橋に寄与していない水溶性樹脂が、上位のレジスト層及び架橋層の界面付近に存在すると、それらの層の密着性を妨げることが懸念される。レジスト中の有機溶媒、水又は有機溶剤でそのような不要な部分を充分に洗浄することで、丈夫な層間密着性を有する２層レジスト構造を作製することができる。
【００１９】
上位のレジスト層を形成する工程で塗布されるレジストに含まれる溶媒は、架橋層に対して、熱処理温度が、低温よりも高温で、より小さな溶解性を示してもよい。また、レジストに含まれる溶媒は、架橋層の架橋に寄与していない水溶性樹脂層の部分に対して、熱処理温度が、低温よりも高温で、より大きな溶解性を示してもよい。温度に依存して溶解性の異なる溶媒を利用することで、架橋層を維持しつつ、その上の水溶性樹脂層を除去し、上位のレジスト層を良好に形成することができる。具体的には、レジストに含まれる溶媒は、ＭＭＰシンナーでもよいし、２−ヘプタノン等でもよい。
【００２０】
上位のレジスト層を形成する前に洗浄工程が行われ、架橋層の架橋に寄与していない前記水溶性樹脂層の部分が除去されてもよい。洗浄工程は、例えば、実質的に温度によらない溶解性を示す溶媒で行われてもよい。そのような溶媒の代表例は、水である。洗浄工程を行うことで、架橋層と上位のレジスト層との間に不要な構造（劣化した水溶性樹脂層）が残ってレジスト層が剥離しやすくなるのを効果的に抑制することができる。
【００２１】
本発明の一態様によれば、下位のレジスト層を現像液に浸す時間を調整することで、下位開口の大きさが調整される。高温での熱処理又は感光による溶解性（極性）変化が生じていない下位のレジスト層が現像液でエッチングされる速度は遅いので、下位開口の大きさを非常に精密に調整できる。
【００２２】
以下、本発明に関するいくつかの実施例が説明されるが、寸法やプロセス条件等の数値は、ことわりがなければ、単なる例示に過ぎないことに留意を要する。
【実施例１】
【００２３】
図２，３は、本発明の一実施例による、導電層の形成方法の主要な部分を示す。図２（Ａ）に示される工程では、化合物半導体基板が準備される。化合物半導体基板は、一例として、ＧａＡｓより成る半絶縁性基板２０２と、バッファ層２０４と、ＩｎＧａＡｓより成る電子走行層又はチャネル層２０６と、ＡｌＧａＡｓより成る電子供給層２０８とが順に積層された構造を有する。この構造の表面の所定の領域に酸素を注入することで、活性領域と非活性領域とが区分けされる。以下の説明は、主に活性領域における処理に関する。
【００２４】
図２（Ｂ）に示される工程では、化合物半導体基板の構造の表面に下位のレジスト層２１０が形成される。レジスト層２１０は、例えば日本ゼオン社製のＺＰＮ−１１５０をスピンコート法で１０００ｎｍ程度の膜厚に塗布し、１４０℃程度の温度で約９０秒間加熱することで形成される。本実施例で使用される下位のレジスト層２１０は、ｇ線及びｉ線に感光し、ネガ型の感光性を有し、露光された部分が現像後に残り、非露光部分は現像により除去される性質を有する。しかしながら、このような感光性は、下位のレジストを形成する際の熱処理および後述の高温の熱処理工程により弱められる。熱処理後は、露光光線が照射されたか否かによらず、下位のレジスト層２１０は現像液で総て除去可能な傾向を示すことになる。レジスト層２１０は、具体的には、ノボラック樹脂、ポリビニルフェノール樹脂及び／又はクレゾール樹脂等を含んでもよい。これらの樹脂は、化合物半導体基板との間で良好な密着性を示し、化合物半導体基板の加工に好都合である。
【００２５】
図２（Ｃ）に示される工程では、下位のレジスト層２１０上に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ：Ｐｏｌｙ  Ｖｉｎｙｌ  Ａｌｃｏｈｏｌ）より成る水溶性樹脂層２１２が、スピンコート法により２０ｎｍ程度の膜厚で塗布される。塗布後、１４０℃程度の温度で約９０秒間加熱することで、レジスト層２１０及びＰＶＡ２１２の界面付近に溶解阻止層２１１が形成される。溶解阻止層２１１は、レジスト層２１０中の樹脂とＰＶＡ２１２とが架橋した構造を有し、有機溶媒に不溶性の性質を有する。従って、溶解阻止層は架橋層と呼んでもよい。
【００２６】
図２（Ｄ）に示される工程では、ＰＶＡ層２１２上に上位のレジスト層２１４用のレジストがスピンコート法により約１０００ｎｍ程度の膜厚で塗布される。このレジストとしては、例えば東京応化社製のＩＰ３１００（ＭＭ）が使用されてもよい。このレジストは、ＭＭＰシンナーを溶媒として含んでいる。架橋層２１１の架橋に寄与していないＰＶＡ層２１２の部分（以下、「劣化ＰＶＡ」と略す）は、熱処理によって有機不溶性が劣化しており、加熱前のＰＶＡとは異なり、有機溶媒（目下の例では、ＭＭＰシンナー）に溶解するようになる（架橋層２１１は、有機不溶性である。）。従って、レジストが塗布されると、架橋層２１１上のＰＶＡ層２１２は溶解して除去される。
【００２７】
図６に示される２つのグラフの内の実線で示されるグラフは、架橋層２１１のＭＭＰシンナーに対する溶解性（左側の縦軸）を示し、破線で示されるグラフは、劣化ＰＶＡのＭＭＰシンナーに対する溶解性（右側の縦軸）を示す。横軸は温度を示す。温度以外に、時間、圧力その他のプロセスパラメータも溶解性に影響を及ぼすかもしれないが、とりわけ温度が溶解性に支配的に影響することが推察される。縦軸に具体的な数値は記入されていないが、縦軸で上に向かうほど溶解性は大きくなり、下に向かうほど溶解性は小さくなる。ここで、「架橋層の溶解性」とは、架橋構造が完全に分解される場合が含まれるのはもちろんのこと、架橋が不完全になり、下位のレジスト層が溶解する場合も含む概念である。更に、架橋層の溶解性とは、架橋に寄与していないＰＶＡを取り除いた上で評価される。図示されているように、約１３０℃より低い温度では、架橋層２１１はＭＭＰシンナーに対して大きな溶解性を示すが、１３０℃より高温になるにつれて急激に溶解性が低下し、約１４０℃より高い温度では溶解性は極めて低くなる。また、約１３０℃より低い温度では、劣化ＰＶＡはＭＭＰシンナーに対して極めて低い溶解性を示すが、１３０℃より高温になるにつれて急激に溶解性が高くなり、約１４０℃以上で一定の高い溶解性が示される。従って、約１４０℃の熱処理およびＩＰ３１００（ＭＭ）を用いることにより、劣化ＰＶＡは溶解するが、架橋層２１１は維持されるようにすることができる。本実施例では、架橋層及び劣化ＰＶＡのＭＭＰシンナーに対する溶解性の高低が温度に依存して異なること、架橋層及び劣化ＰＶＡの溶解性の大小関係は１３０〜１４０℃を境に逆転すること、約１４０℃以上で架橋層の溶解性は極めて小さくなること等の性質が利用される。
【００２８】
架橋層２１１が形成され、その架橋層上の不要な部分が除去された後、１１０℃程度の温度で約９０秒間加熱することで、上位のレジスト層２１４が形成される。本実施例では、上位のレジスト層２１４は、ｉ線に感光する性質を有し、ポジ型の感光性を有し、露光された部分が現像後に除去される性質を有する。
【００２９】
以後、フォトマスクを通過したｉ線が上下のレジスト層２１４，２１０に照射され、現像により上位のレジスト層２１４の一部が除去され、架橋層２１１が露出する。露光光線のｉ線は、例えば、３００ｍＪ程度のエネルギで照射される。フォトマスクには、所望の導電層に関するパターンが形成されている。本実施例では、上位のレジスト層２１４は、ポジ型の感光性を有するが、別の実施例ではネガ型でもよい。感光性の種類に応じて、フォトマスクのパターンを反転すればよいからである。現像液には、例えば、２．３８％のテトラメチルアンモニウムハイドライド（ＴＭＡＨ：Ｔｅｔｒａ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ａｍｍｏｎｉｕｍ  Ｈｉｄｒｉｄｅ）が使用されてもよい。また、下位のレジスト層２１２は、感光性が弱められたネガ型のレジスト層なので、現像液に対して総ての部分が溶解する性質を有するが、上位のレジスト開口端から後退する方向（開口を広げる方向）に対する溶解速度は非常に遅いことに留意を要する。例えば、その速度は、現像液に３０秒程度浸された後に、０．１μｍエッチングされる程度に遅い。即ち、上位のレジスト層２１４は、有効な感光性に起因して、不要なレジストの部分が速やかに除去され（上位の開口が形成され）、下位のレジスト層２１０は、ネガ型の無効な感光性に起因して、現像液により徐々にエッチングされる。ここで、有効な感光性とは、レジストが露光線にさらされたか否かに依存して、レジストが現像液で除去されるか否かが決定される性質をいう。逆に、無効な感光性とは、レジストが現像液で除去されるか否かが、露光線にさらされたか否かによらない性質をいう。下位のレジスト層２１０を現像液に浸す時間を調整することで、下位のレジスト層２１０に形成する開口の寸法を緻密に制御することができる。一例として、上位のレジスト層２１４の開口は０．４μｍ程度に、下位のレジスト層２１０の開口は０．６μｍ程度に加工できる。
【００３０】
図３（Ｅ）は、上記のようにして、化合物半導体表面に庇状断面形状を有する２層レジスト構造２１０，２１４が形成され、その開口を通じて導電層３０２が化合物半導体表面に設けられた様子を示す。導電層３０２は、例えば、金（Ａｕ）及びゲルマニウム（Ｇｅ）より成り、２２０ｎｍ程度の膜厚を有し（ＡｕＧｅ（２０ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ））、高真空雰囲気で蒸着される。蒸着により不要な導電層形成用金属が上位のレジスト２１４上に同時に堆積（蒸着）するが、図示はしない。蒸着後の基板は、加温された有機溶媒に浸漬され、余分な導電層及び上下のレジスト層が除去され、リフトオフが行われる。その後、例えば３５０℃で５分間熱処理が行われ、導電層は合金化され、オーミック電極３０２が形成される。
【００３１】
図３（Ｆ）に示される工程では、オーミック電極３０２の形成後の構造全面に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）層３０４が、プラズマＣＶＤ法により２０ｎｍ程度の膜厚に堆積される。次に、下位のレジスト層３０６がＳｉＮ層３０４に、例えばスピンコート法で３００ｎｍ程度の膜厚に塗布される。下位のレジスト層３０６は、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙ  Ｍｅｔｈｙｌ  Ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）より成るポジ型の電子線レジストである。１８０℃程度で約５分間の熱処理が行われ、下位のレジスト層３０６が硬化する。次に、中間層３０８が下位のレジスト層３０６上に、例えばスピンコート法で５００ｎｍ程度の膜厚に塗布される。中間層３０８は、ポリメチルグルタルイミド（ＰＭＧＩ）より成るアルカリ可溶性樹脂である。１８０℃程度で約３分間の熱処理が行われ、中間層３０８が硬化する。更に、上位のレジスト層３１０がＰＭＧＩ層３０８上に、例えばスピンコート法で３００ｎｍ程度の膜厚に塗布される。上位のレジスト層３１０は、例えばポリスチレン重合体（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  Ｐｏｌｙｍｅｒ）より成るポジ型の電子線レジストである。１８０℃程度で約３分間の熱処理が行われ、上位のレジスト層３１０が硬化する。
【００３２】
以後、電子線描画法により、電流方向に０．７μｍ長のオーバーゲートパターンが上位のレジスト層３１０に描画され、現像され、上位の開口が形成され、中間層が露出する。露出した中間層３０８の部分は、例えば２．３８％のＴＭＡＨより成るアルカリ現像液によりエッチングされ、上位の開口よりも電流方向に０．４μｍ長い下位の開口が形成され、ＰＭＭＡ層３０６が露出する。露出したＰＭＭＡ層３０６の部分には、電子線描画法により、電流方向に０．１μｍ長のパターンが描画され、現像され、ＳｉＮ層３０４が露出する。現像には、例えばＭＩＢＫ／ＩＰＡの混合液が使用されてもよい。露出したＳｉＮ層３０４の部分は、例えば、ＳＦ６のようなガスを用いたドライエッチング法によりエッチングされ、電子供給層２０８が露出する。このようにして各層３０４，３０６，３０８，３１０に形成された開口を通じて、ゲート電極用の導電層３１２が導入される。導電層３１２は、例えば、１０ｎｍ程度の膜厚のチタニウム（Ｔｉ）、１０ｎｍ程度の膜厚の白金（Ｐｔ）及び３００ｎｍ程度の膜厚の金（Ａｕ）より成り、蒸着法により設けられる。蒸着により不要な導電層形成用金属がポジ型電子線レジスト３１０上に同時に蒸着・堆積するが図示しない。以後、不要な層をリフトオフにより除去することで、図３（Ｇ）に示されるようなゲート電極３１２が形成される。このようなＴ字状のゲート電極は、その形状にちなんで「マッシュルームゲート電極」とも呼ばれる。
【００３３】
本実施例によれば、隣接するオーミック電極（導電層）３０２のピッチ間隔を非常に狭くすることができ、素子構造の微細化に非常に有利である。この点、ピッチ間隔がオーバーゲート長に依存する従来のセルフアライン型の構造と大きく異なる。この手法により、大きなオーバーゲート（Ｔ型ゲート電極の上部幅広部）部を有するゲート電極を用いながら、セルファライン型デバイスと同様の半導体表面の低抵抗層およびゲート電極周辺の低抵抗層除去領域（リセス領域）を有さないデバイス構造を実現できる。
【実施例２】
【００３４】
実施例１では、架橋層を維持しつつ劣化ＰＶＡを除去し、架橋層上に上位のレジスト層を形成する際に、ＭＭＰシンナーを溶媒とする薬液（レジスト）が使用された。しかしながら、本発明はこのようなレジストに限定されず、他の薬液が使用されてもよい。実施例２では、上位のレジスト層を形成する際に、住友化学社製のＰＦＩ−３２Ａ８が使用され、この薬液は、２−へプタノンを含む。
【００３５】
図１０は、本実施例による方法の一部を示す。図１０（Ａ）は、図２（Ｃ）と同じ構造を示す。図１０（Ｂ）に示される工程では、図１０（Ａ）の構造に対して、水による洗浄工程が行われる。
【００３６】
図７に示される２つのグラフの内の実線で示されるグラフは、架橋層２１１の水（Ｈ２Ｏ）に対する溶解性（左側の縦軸）を示し、破線で示されるグラフは、劣化ＰＶＡの水に対する溶解性（右側の縦軸）を示す。横軸は温度を示す。破線のグラフに示されるように、劣化ＰＶＡの水に対する溶解性は温度によらず高い値を示す。これは、ＰＶＡ２１２の水溶性の性質は、熱処理後も備わっていることを示す。また、実線のグラフに示されるように、架橋層２１１は温度によらず水にほとんど溶解しないことが確認できる。従って、水による洗浄工程を行うことで、劣化ＰＶＡは水に溶解して除去されるが、架橋層２１１は実質的に溶解せずに残存することになる。ただし、熱処理温度１４０℃以下でも架橋層２１１が水に対して低い溶解性を示すのは、架橋層２１１の形成が不十分な場合でも、下位レジストが水に対して溶解しないことを示すことに留意されたい。
【００３７】
図１０（Ｃ）に示される工程では、１４０℃の温度で、住友化学社製のＰＦＩ−３２Ａ８を架橋層２１１上に塗布することで、上位のレジスト層２１４が形成される。
【００３８】
図８は、架橋層２１１の２−ヘプタノンに対する溶解性（左側の縦軸）と、劣化ＰＶＡの２−ヘプタノンに対する溶解性（右側の縦軸）とを示す。図示されているように、架橋層２１１の溶解性は、ＭＭＰシンナー（図６）でも２−ヘプタノン（図８）でも大差ない。しかし、劣化ＰＶＡは、図８の破線に示されるように、２−ヘプタノンに対しては溶解しにくいことが分かる。図９は、図６，８に示される溶解性の大小関係を示す。図示されるように、劣化ＰＶＡの水に対する溶解性が、それらの中で最も大きいことが分かる。図９では、劣化ＰＶＡの水に対する溶解性のグラフが、２点鎖線で示されてることに留意を要する（図７では単なる破線で示されている。）。
【００３９】
図８のグラフに示されるように、約１４０℃以上の温度では、架橋層２１１は２−ヘプタノンに溶解しないので、架橋層２１１の構造を維持しつつその上に上位のレジスト層２１４を形成することができる。このように、ＰＦＩ−３２Ａ８を用いて上位のレジスト層を形成することもできる。
【００４０】
上記の例では、劣化ＰＶＡを除去するのに水が使用されたが、水であることは必須ではなく、ＰＶＡに対して大きな溶解性を有し、架橋層に対して極めて小さな溶解性しか示さないものであれば、水でなくてもよい。また、図１０（Ｂ）の工程の後に、上位のレジスト層２１４を形成する際に、ＰＦＩ−３２Ａ８が使用されが、ＩＰ３１００（ＭＭ）が使用されてもよい。水等による洗浄工程（劣化ＰＶＡを除去する工程）は、ＩＰ３１００（ＭＭ）が使用される場合には必須でないが（実施例１）、ＰＦＩ−３２Ａ８が使用される場合には必須になる。更には、ＩＰ３１００（ＭＭ）やＰＦＩ−３２Ａ８だけでなく、他の溶媒を使用して、上位のレジスト層が設けられてもよい。但し、そのような溶媒は、少なくとも、架橋層及び／又は劣化ＰＶＡに対して、処理温度に依存して異なる溶解性を示すことを要する。
【実施例３】
【００４１】
図４は、本発明の一実施例による導電層の形成方法を示す図である。本実施例では、実施例１とは異なり、導電層３０２がＧａＡｓより成る低抵抗層４０２上に形成される。図４（Ａ）に示される構造に至るまでの工程は、図２（Ａ）乃至（Ｄ）で説明済みのものと同様である。説明の便宜上、本実施例では、２つの導電層３０２の間隔が、０．４μｍよりも広く形成されているが、このことは本発明に必須でなく、適切ないかなる寸法が使用されてもよい。庇状断面形状を有するように形成された２層レジスト構造の開口を通じて、導電層３０２が化合物半導体に設けられる。導電層３０２は、例えば、ＡｕＧｅ（２０ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）より成り、高真空雰囲気で蒸着される。蒸着後の基板は、加温された有機溶媒に浸漬され、余分な導電層及び上下のレジスト層が除去され、リフトオフが行われる。その後熱処理が行われ、導電層は合金化され、オーミック電極３０２が形成される。蒸着により不要な導電層形成用金属が上位のレジスト２１４上に同時に蒸着・堆積するが図示しない。
【００４２】
図４（Ｂ）に示される工程では、全面にＳｉＮ層４０４がプラズマＣＶＤ法により約２０ｎｍの膜厚で堆積される。電子線用のレジスト層４０６がＳｉＮ層４０４に形成される。レジスト層４０６としては、例えばＺＥＰ５２０が使用されてもよい。レジスト層４０６は、スピンコート法により３００ｎｍ程度の膜厚に塗布される。レジスト層４０６には、電子線により０．４μｍ長の開口に対応するパターンが描画され、レジスト層４０６が現像され、開口が形成され、ＳｉＮ層４０４が露出する。露出したＳｉＮ層４０４の部分は、例えばＳＦ６のようなガスを用いるドライエッチング法によりエッチングされ、低抵抗層４０２が露出する。露出した低抵抗層４０２の部分は、ＳｉＣｌ４のようなガスを用いたドライエッチング法でエッチングされ、電子供給層２０８が露出する。このようにして、図示されているような複数層を貫通する開口が形成される。そして、電子線レジスト４０６及びＳｉＮ層４０４を除去することで、０．４μｍの間隔を有するリセス領域が形成される。
【００４３】
図４（Ｃ）に示される工程では、概ね図３（Ｆ）で説明済みのものと同様の工程が行われる。この工程では、オーミック電極３０２の形成後の構造全面に、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）層３０４、ＰＭＭＡより成る下位のレジスト層３０６、ＰＭＧＩより成る中間層３０８、ポリスチレン重合体より成る上位のレジスト層３１０が順に成膜される。以後、電子線描画法により、電流方向に０．７μｍ長のオーバーゲートパターンが上位のレジスト層３１０に描画され、現像され、露出した中間層３０８の部分が、例えば２．３８％のＴＭＡＨより成るアルカリ現像液によりエッチングされる。露出したＰＭＭＡ層３０６の部分には、電子線描画法により、電流方向に０．１μｍ長のパターンが描画され、現像され、露出したＳｉＮ層３０４の部分が、例えば、ＳＦ６のようなガスを用いたドライエッチング法によりエッチングされ、電子供給層２０８が露出する。このようにして各層３０４，３０６，３０８，３１０に形成された開口を通じて、電極用の導電層３１２が導入される。導電層３１２は、例えば、１０ｎｍ程度の膜厚のチタニウム（Ｔｉ）、１０ｎｍ程度の膜厚の白金（Ｐｔ）及び３００ｎｍ程度の膜厚の金（Ａｕ）より成り、蒸着法により設けられる。以後、不要な層をリフトオフにより除去することで、図４（Ｄ）に示されるようなＴ字状のゲート電極３１２が、導電層３０２の間及び低抵抗層４０２の間に形成される。なお、蒸着により不要な導電層形成用金属がポジ型電子線レジスト層３１０上に蒸着・堆積するが図示しない。
【００４４】
本実施例によれば、このように狭い間隔の導電層３０２（オーミック電極）およびリセス構造（凹部構造）にＴ字状の電極が設けられた構造を形成することができ、素子構造の微細化に非常に有利である。
【実施例４】
【００４５】
図２（Ｃ）及び（Ｄ）の工程で説明されたように、下位のレジスト層２１０上に水溶性樹脂層２１２を塗布し、高温（１４０℃）で加熱することで、下位のレジスト層２１０及び水溶性樹脂層２１２の界面付近に溶解阻止層（架橋層）２１１が形成される。この場合における熱処理に起因して、下位のレジスト層２１０の感光性は弱まり、レジスト層全体が現像液に対する可溶性を有するように、下位のレジスト層２１０が変質していた。これは、レジストに含まれる感光剤（実施例１ではネガ型の感光剤）が、１２０℃程度の温度よりも高温で加熱されると、感光剤が分解してしまうのが一般的だからである。しかしながら、架橋層が形成される程度に高い温度で加熱しても、感光性は失われないような感光剤を利用することも考えられる。
【００４６】
図５は、そのような耐熱性の感光剤を含む下位のレジスト層５１０上に水溶性樹脂層（図示せず）が塗布され、熱処理により溶解阻止層又は架橋層５１１が形成され、その上に上位のレジスト層５１４が形成された様子を示す。上位及び下位のレジスト層５１４，５１０の何れも、露光線（特に、ｉ線）に対する有効な感光性を有する。上位のレジスト層５１４の感度は、下位のレジスト層５１０の感度よりも低感度である。感光性については、ポジ型でもネガ型でもよいが、上位及び下位のレジスト層が同じ種類の感光性を有する必要がある。架橋層５１１により、上下のレジスト層が不都合に混ざることが効果的に抑制される。また、架橋層５１１形成に寄与しない劣化したＰＶＡ層を除去することにより、レジスト層間の強固な密着性も実現できる。したがって、所望のパターンに対応する露光線を両レジスト層に照射し、現像することで、感度差に応じた庇状断面形状を有する２層レジスト構造を形成することができる。以後、説明済みの手法で化合物半導体表面に導電層を形成することができる。
【００４７】
以下、本発明により教示される手段を例示的に列挙する。
【００４８】
（付記１）
半導体表面に下位のレジスト層を形成する工程と、
前記下位のレジスト層上に水溶性樹脂層を形成する工程と、
前記下位のレジスト層及び前記水溶性樹脂層の間に有機不溶性の架橋層が形成されるように、熱処理を行う熱処理工程と、
感光剤を含むレジストを塗布し、前記架橋層上に上位のレジスト層を形成する工程と、
前記上位及び下位のレジスト層に、フォトマスクを通過した光線を照射する工程と、
前記上位のレジスト層及び前記架橋層の一部を現像液で除去し、上位開口を形成する第１除去工程と、
前記下位のレジスト層の一部を現像液で除去し、前記上位開口より広い下位開口を形成する第２除去工程と、
前記上位及び下位開口を通じて、前記半導体表面上に導電層を設ける工程と、
を有することを特徴とする導電層を形成する方法。
【００４９】
（付記２）
前記半導体が、化合物半導体である
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００５０】
（付記３）
前記上位及び下位のレジスト層の双方又は一方に含まれる感光剤が、ｉ線に感光する感光剤である
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００５１】
（付記４）
前記下位のレジスト層が、ノボラック樹脂、クレゾール樹脂及びポリビニルフェノールの少なくとも１つより成る
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００５２】
（付記５）
前記下位のレジスト層が、感光剤を含まない
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００５３】
（付記６）
前記水溶性樹脂層が、ポリビニルアルコールより成る
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００５４】
（付記７）
前記下位のレジスト層が感光剤を含み、前記熱処理工程の後に感光性が弱められるように熱処理が行われる
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００５５】
（付記８）
前記上位のレジスト層が、前記下位のレジスト層の感光性とは異なる感光性を有する
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００５６】
（付記９）
前記上位のレジスト層を形成する工程で、前記架橋層の架橋に寄与していない前記水溶性樹脂層の部分が、前記レジスト中の有機溶媒又は単独の有機溶剤により除去される
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００５７】
（付記１０）
前記上位のレジスト層を形成する工程で塗布されるレジストに含まれる溶媒又は付記９記載の単独の有機溶剤は、前記架橋層に対して、付記１記載の熱処理における温度が、低温よりも高温で、より小さな溶解性を示す
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００５８】
（付記１１）
前記レジストに含まれる溶媒又は付記９記載の単独の有機溶剤は、前記架橋層の架橋に寄与していない水溶性樹脂層の部分に対して、付記１記載の熱処理における温度が、低温よりも高温で、より大きな溶解性を示すことを特徴とする請求項１記載の方法。
【００５９】
（付記１２）
前記レジストに含まれる溶媒は、ＭＭＰシンナーよりなる
ことを特徴とする付記１０記載の方法。
【００６０】
（付記１３）
前記レジストに含まれる溶媒は、２−ヘプタノンよりなる
ことを特徴とする付記１０記載の方法。
【００６１】
（付記１４）
前記上位のレジスト層を形成する工程で、前記架橋層の架橋に寄与していない前記水溶性樹脂層の部分が、実質的に温度によらない溶解性を示す溶媒により除去される
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【００６２】
（付記１５）
前記上位のレジスト層を形成する工程で、上位レジスト形成前に、前記架橋層の架橋に寄与していない前記水溶性樹脂層の部分が、水により除去される
ことを特徴とする付記１４記載の方法。
【００６３】
（付記１６）
前記第２除去工程で、前記下位のレジスト層を現像液に浸す時間を調整することで、前記下位開口の大きさが調整される
ことを特徴とする付記１記載の方法。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】庇状の断面形状を有するレジスト構造を示す図である。
【図２】本発明の一実施例による導電層の形成方法を示す図（その１）である。
【図３】本発明の一実施例による導電層の形成方法を示す図（その２）である。
【図４】本発明の一実施例による導電層の形成方法を示す図である。
【図５】本発明の一実施例で使用されるレジスト構造を示す図である。
【図６】架橋層及び劣化ＰＶＡのＭＭＰ溶解性の温度依存性を示す図である。
【図７】架橋層及び劣化ＰＶＡの水溶性の温度依存性を示す図である。
【図８】架橋層及び劣化ＰＶＡの２−ヘプタノン溶解性の温度依存性を示す図である。
【図９】架橋層及び劣化ＰＶＡの溶解性の温度依存性を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例による導電層の形成方法の一部を示す図である。
【符号の説明】
【００６５】
２０２  半絶縁性基板；  ２０４  バッファ層；  ２０６  電子走行層；  ２０８  電子供給層；  ２１０  下位のレジスト層；  ２１１  溶解阻止層；  ２１２  水溶性樹脂層；  ２１４  上位のレジスト層；  
３０２  導電層；  ３０４  ＳｉＮ層；  ３０６  ＰＭＭＡ層；  ３０８  ＰＭＧＩ層；  ３１０  ポリスチレン重合体層；  ３１２  導電層；
４０２  低抵抗層；  ４０４  ＳｉＮ層；  ４０６  電子線レジスト層；
５１０  下位のレジスト層；  ５１１  溶解阻止層；  ５１４  上位のレジスト層
【図１】
2006286965.tif 000003
【図２】
2006286965.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006286965.tif 000008
【図７】
2006286965.tif 000009
【図８】
2006286965.tif 000010
【図９】
2006286965.tif 000011
【図１０】
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